[发明专利]一种激光雷达的发射系统、探测系统及探测方法

说明书

本发明公开了一种激光雷达的发射系统、探测系统及探测方法，本发明实施例采用了离散光束发射技术与相控阵式扫描技术相结合的激光雷达发射系统及方法，且本发明实施例采用APD阵列探测技术及在发射中采用的光学相控阵扫描技术相结合实现激光光束回波信号的探测，从而既提高探测精度又提高探测距离。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达的发射系统、探测系统及探测方法。

背景技术

激光雷达与微波雷达相比具有更短的波长、极高的分辨率及更轻的质量等。激光雷达按照对目标的激光辐射方式可分为扫描型激光雷达和非扫描型激光雷达。扫描型激光雷达的扫描方式可以分为机械式扫描和非机械式扫描，机械式扫描是采用反射或折射光学元件的旋转或周期性振动来改变光的方向，其响应速度和控制精度很难满足高性能激光雷达的需求，而且由于惯性扫描，其灵活性同样受到很大的限制。光学相控阵技术是一种新的电控光束偏转技术，通过控制辐射阵列各出射单元的相位关系来实现相干激光光束的偏转和扫描。由于采用电控扫描取代了机械转动，可实现高分辨率、高精确度、快速的光束扫描效果，但是其最大的缺点是栅瓣问题，导致扫描角度太小，只有几度左右，从而限制了其实用化的发展。非扫描激光雷达即闪光激光雷达，它是采用一次发射覆盖整个目标，回波信号由二维的探测器阵列接收。常见的非扫描激光雷达有采用光栅分光或利用激光单脉冲扩束发射，接受从目标返回的反射光直接获取三维图像。由于它不需要进行扫描，所以具有高帧频率、宽视场等特点，但闪光激光雷达的宽视场和探测距离是成反比的，即要提高闪光雷达的视场角，就需要将光束尽量发散，而光束能量的发散会带来探测距离的大大缩短。闪光激光雷达还有一个最大的难点是它的接收系统，闪光激光雷达通常采用焦平面雪崩光电二极管(APD)阵列接收。这就使得闪光激光雷达的探测精度受到APD阵元个数的限制。要实现较高的探测精度需要更密集及数量更大的APD阵列，这无疑增大了APD阵列的制作及读出电路设计的难度。

因此，如何在既能提高探测精度又能提高探测距离的前提下，实现激光雷达的发射及探测方案，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种激光雷达的发射系统，该系统既能提高探测精度，又能提高探测距离。

本发明实施例还提供一种激光雷达的探测系统，该系统能够既能提高探测精度，又能提高探测距离。

本发明实施例还提供一种激光雷达的探测方法，该方法既能提高探测精度，又能提高探测距离。

本发明实施例是这样实现的：

一种激光雷达的发射系统，包括：主激光器、从激光器阵列及周期性二值相位光栅，其中，

主激光器的输出端与从激光器阵列中的每个阵元的输入端分别连接，用于对从激光器阵列)进行注入锁定；

从激光器阵列，用于根据主激光器的注入锁定实现出射光束的相干性，及通过为其中的不同阵元设置不同注入电流的方式进行出射光束的相位调制，进行光束的相控阵式扫描；

周期性二值相位光栅与从激光器阵列的输出端相连接，用于接收从激光器阵列出射的所述光束，对所述光束进行分光后出射。

一种激光雷达的探测系统，其特征在于，包括：透镜组及APD阵列，其中，

透镜组，用于接收不同方向的回波光束，将所接收的不同方向的回波光束聚焦在焦平面不同点上；

所述APD阵列位于所述透镜组焦平面上，用于探测在焦平面不同点上的回波信号。

一种激光雷达的探测方法，包括：

APD阵列探测得到聚焦在透镜组的焦平面上的回波光束，所述回波光束对应的出射光束采用权利要求1所述发射系统出射的；

采用APD阵列探测的回波信号的角度及所述出射光束采用的从激光器阵列中的相邻阵元之间的出射光束相位差确定物体方位。